JPH04329409A - 平衡重錘を備えた結合体を用いる重力方向保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、受動方式により重力方
向を保持せしめる装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】動揺を伴う移動体の上で使用される移動
衛星通信業務の地球局アンテナあるいは計測器などは前
後の動揺（ピッチング）と左右の動揺（ローリング）に
よってその姿勢に変化を生じないように動揺を補償する
機能を備えなければならない。近時、移動体通信の需要
の高まりと共に構造簡単にして動作確実であり、かつ安
価な装置の実現が望まれていた。この要求を満足させる
ために、本願発明者は特願平２−１４０４４３号「直交
摺動体を用いる重力方向保持装置」を提案した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの先願
に係る装置は、用いられている部材相互間の摩擦により
動作が不確実になるおそれがあるためにさらに実用的な
機能が求められていた。

【０００４】本発明の目的は、従来技術のこのような欠
点を除去し、任意の傾斜角に対して加速度の影響を受け
ることなく安定な動作を行う受動方式による平衡重錘を
備えた結合体を用いる重力方向保持装置を実現すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的の達成のために
、本願第一の発明による平衡重錘を備えた結合体を用い
る重力方向保持装置は、動揺体に直接取り付けられるか
あるいは回転支持器によって保持された円形断面を有す
る上部結合体と、該上部結合体の中心において回転自在
に一端が吊架された一定長の第１の吊架体と、該第１の
吊架体の他端側に回転自在に支持されかつ前記上部結合
体と逆方向に回転するように逆結合する第１の結合体と
、前記上部結合体の中心において回転自在に一端が吊架
された一定長の第２の吊架体と、該第２の吊架体の他端
側に回転自在に支持されかつ前記上部結合体と逆方向に
回転するように逆結合する第２の結合体と、前記第１の
結合体と前記第２の結合体のそれぞれの中心を結ぶ直線
の中点に対して互いに対称にかつ該第１の結合体と該第
２の結合体にそれぞれの中心から偏心して設けられた二
つの回転軸を有する接続構造体と、前記第１の結合体及
び第２の結合体に平衡力を与える如く前記接続構造体あ
るいは該第１の結合体と該第２の該結合体にそれぞれ取
り付けられた重錘とを備え、前記上部結合体の中心と前
記接続構造体の中点とを結ぶ方向が重力方向に保持され
るように構成されている。また、本願第二の発明による
平衡重錘を備えた結合体を用いる重力方向保持装置は、
動揺体に直接取付けられるかあるいは回転支持器によっ
て保持された支持体の中点に対して互いに対称な位置に
それぞれ中心を置く円形断面を有する第１の上部結合体
及び第２の上部結合体と、該第１の上部結合体及び第２
の上部結合体の中心においてそれぞれ回転自在に一端が
吊架された一定長の第１の吊架体及び第２の吊架体と、
該第１の吊架体と第２の吊架体の各他端側に回転自在に
支持されかつ前記第１の上部結合体及び第２の上部結合
体とそれぞれ同一方向に回転するように正結合された第
１の結合体及び第２の結合体と、該第１の結合体及び第
２の結合体にそれぞれの中心から偏心して設けられた２
つの回転軸を有する接続構造体と、前記第１の結合体及
び第２の結合体に平衡力を与える如く前記接続構造体あ
るいは該第１の結合体と該第２の結合体にそれぞれ取付
けられた重錘とを備え、前記支持体の中点と前記接続構
造体の中点とを結ぶ方向が重力方向に保持されるように
構成されている。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を図面により詳細に説明する。 まず、説明を容易にするために本発明において基本とな
る２次元の動揺（ピッチング又はローリング）が紙面内
にある場合について述べる。即ち、３次元の動揺に対し
ては直交配置された２次元装置の組合せによって容易に
目的が達成できるからである。

【０００７】図１は逆結合を利用する本願第一の発明に
よる２次元装置の原理的説明のための構成図である。図
２（ａ）及び図２（ｂ）は本願第一の発明の実用的な実
施例の正面図及び側面図である。

【０００８】まず図１によってその構成を説明する。こ
こで、Ａは本装置を配置する基台となる動揺体である。 Ｐは動揺体Ａに設けられた回転支持器Ｔによって支持さ
れた支持体Ｂに固定された円形断面を有する上部結合体
である。上部結合体Ｐは使用目的によっては直接、動揺
体Ａ上に固定することができる。

【０００９】上部結合体Ｐの中心Ｐ０　（×印）を回転
軸の中心として第１の吊架体Ｃが吊架されている。吊架
体Ｃ上でかつ中心Ｐ０　より一定長の位置にある点Ｑ０
　（×印）を回転軸の中心として円形断面を有する第１
の結合体Ｑが取り付けられている。この結合体Ｑは上部
結合体Ｐと図示の紙面上で上部結合体Ｐと反対方向に回
転するように逆結合されている。

【００１０】また中心Ｐ０　を回転軸の中心として第２
の吊架体Ｄが吊架され、その第２の吊架体Ｄ上でかつ中
心Ｐ０　より一定長の位置にある点Ｒ０　（×印）を回
転軸の中心として円形断面を有する第２の結合体Ｒが取
り付けられている。第２の結合体Ｒも第１の結合体Ｑと
同様に上部結合体Ｐと逆結合されている。

【００１１】図１の例は上部結合体Ｐと第１の結合体Ｑ
及び第２の結合体Ｒとの回転比がいずれも１の場合を示
したが、この回転比は任意の値に選ぶことができる。ま
た、図１は結合体Ｐ，Ｑ，Ｒに歯車を用いた例であるが
、歯車の代わりに滑車と張線を用いることもできる。

【００１２】点Ｅ０　（×点）は第１の結合体の中心Ｑ
０　と第２の結合体の中心Ｒ０　を結ぶ直線の中点であ
る。Ｑ１　及びＲ１　は中点Ｅ０　に対して対称に第１
の結合体及び第２の結合体上に中心Ｑ０　，Ｒ０　より
偏心した点Ｑ１　（×印）及びＲ１　（×印）にそれぞ
れ取り付けられた回転連接器である。回転連接器Ｑ１　
及びＲ１　は接続構造体Ｅによって互いに接続されてお
り、その中点Ｅ０　には重錘Ｗが取り付けてある。

【００１３】中点Ｅ０　の位置には円形状の接触子Ｆが
取り付けてあり、これに中心Ｐ０　に回転自在に吊架さ
れた摺動体Ｇが挟接するようにしてある。摺動体Ｇには
指針Ｈが取り付けてあり、目盛りＩによって傾斜角を読
みとれるようになっている。Ｗ′，Ｗ″は横加速度が加
わった場合の結合体Ｑ，Ｒの重量による影響を打ち消す
ための補償用重錘である。

【００１４】次に図１を参照して本発明の装置の動作を
説明する。まず始めに前記の中心Ｐ０　と中点Ｅ０　と
を結ぶ線Ｐ０　Ｅ０　を基準線と呼ぶ。基準線の方向は
任意の方向に設定すすることができるが、図１の例は簡
単のために基準線を鉛直線ＺＺ’に合わせた場合のもの
である。 即ち、重錘Ｗの中心Ｅ０　が中心Ｐ０　を通る鉛直線Ｚ
Ｚ’上にあるように設定されている。

【００１５】まず第１に図１の状態が重力ｇの作用に対
して安定な保持状態であることを述べる。重錘ＷのＷｇ
なる力は点Ｑ１　及び点Ｒ１　に対しそれぞれ（１／２
）Ｗｇなる鉛直方向の力を及ぼすこととなる。その結果
、点Ｑ１　には第１の結合体Ｑを左回転せしめる（１／
２）Ｗｇ　ｓｉｎβなる力が加わり、また点Ｒ１　には
第２の結合体Ｒを右回転せしめる（１／２）Ｗｇ　ｓｉ
ｎβなる力が加わって、この両者の力は接続構造体を介
して互いに打ち消し合うのである。即ち、重錘Ｗは中心
Ｐ０　を通る鉛直線上に保持され、摺動子Ｆに接する摺
動構造体Ｇ及び指針Ｈは鉛直線方向を保持するようにな
っている。ここにβは直線Ｑ１　Ｑ０　及び直線Ｒ１　
Ｒ０　がそれぞれ鉛直線方向となす初期設定角度である
。

【００１６】第２に図１の状態において外部より擾乱加
速度が作用する場合を考察する。今、簡単のため横加速
度αが重錘Ｗに対し左側から右向きに作用するものとす
れば、点Ｑ１　及び点Ｑ２　にはそれぞれ右向きに（１
／２）Ｗαなる力が加わる。その結果、点Ｑ１　には結
合体Ｑを左回転せしめる（１／２）Ｗα　ｃｏｓβなる
力、点Ｒ１　には結合体Ｒを右回転せしめる（１／２）
Ｗα　ｃｏｓβなる力が加わるが、接続構造体Ｅを介し
て両者は互いに打ち消し合って、重錘Ｗの保持には何ら
影響を及ぼさない。即ち、外部擾乱による加速度が作用
しても、前記と同様に、摺動構造体Ｇ及び指針Ｈの方向
は重力の方向を保持するようになっている。なお、外部
擾乱加速度に重力方向の成分がある場合には重力方向の
合成加速度成分の大きさが変化するだけで、基本動作に
は変化がない。 重力方向の合力成分が摩擦力よりも小さくならない限り
本発明の装置は重力方向保持装置として作動する。

【００１７】第３に動揺体Ａが角度θだけ傾斜する場合
を考察する。今、上部結合体Ｐが左回りに傾斜回転した
とする。簡単のため結合体Ｐ，Ｑ及びＰ，Ｒ間の摩擦力
がＷｇなる力に比べて無視しうる程度に小さいものとす
れば、上部結合体Ｐの左回りの回転に対し重錘Ｗは鉛直
に保持されたまま第１の結合体Ｑと第２の結合体Ｒは共
に右回りに直線Ｑ１　Ｒ１　の長さを一定に保持しつつ
回転する。即ち、直線Ｑ１　Ｑ０　及び直線Ｒ１　Ｒ０
　が重力方向とのなす角βはそれぞれ変化するが互いに
相等しく、前記のように重力ｇ及び横加速度αに対する
力の平衡は保持される。このように傾斜が起こっても指
針Ｈの方向は重力方向を保持するようになっている。但
し、図１の如き構成の場合には傾斜角θの変化に対し結
合体Ｑ，Ｒの間隔Ｑ０　Ｒ０　は若干変化することとな
る。

【００１８】以上の如く、接続構造体Ｅの中点Ｅ０　に
置かれた重錘Ｗは点Ｑ１　，Ｒ１　に対し同一の力を及
ぼし、結合体Ｑ，Ｒに対し平衡重錘として作用している
。今、図１の点線に示す如く、結合体Ｑ，Ｒに結合され
中点Ｅ０　に対し互いに対称なる点に重量の相等しいＷ
１　，Ｗ２　なる重錘を取り付けたとしても前記と同様
にＷ１　及びＷ２　は結合体Ｑ，Ｒに対して平衡重錘と
して作用し、本装置を安定に保持する作用をするもので
ある。

【００１９】摺動構造体Ｇは中点Ｅ０　を中心とする摺
動子Ｆと接触しているが、仮に摺動構造体Ｇに外部より
何らかの力が作用する場合にも、点Ｑ１　，点Ｒ１　に
はそれぞれ相等しい力が作用する。従って、前記の通り
本装置の重力方向の保持状態には影響が及ばないのであ
って、これが本発明の１つの特長でもある。

【００２０】図２（ａ），図２（ｂ）は図１の結合体の
中心Ｑ０　，Ｒ０　の位置を合致せしめた場合の実施例
であり、その正面図と側面図が示されている。図２は構
造を分かり易くするために初期設定角度βをβ＝４５°
に設定した状態を示している。その動作は前記と全く同
様であるので、説明は省略する。但し、図２（ａ），図
２（ｂ）の構造においては、動揺体Ａに傾斜が生じても
、第１の結合体Ｑと第２の結合体Ｒとの中心点間の距離
が変化することはない。即ち、図２の実施例は受動方式
による重力方向保持装置として実用性を有するものであ
る。尚、図２では重錘Ｗと摺動子Ｆとは同一の円形構造
を有するように構成されている。

【００２１】以上、逆結合を利用する装置の説明をした
が、次に図面により正結合を利用する本願第二の発明に
よる２次元装置について述べる。図３（ａ）は装置が傾
斜していない状態、図３（ｂ）は装置が傾斜した状態（
傾斜角θ＝４５°の場合）を示す。

【００２２】正結合を利用する本願第二の発明による装
置は円形断面を有する第１の上部結合体Ｐ１　及び第２
の上部結合体Ｐ２　が支持体Ｂ上の中点Ｐ０　（×印）
に対してそれぞれの中心が互いに対称な点に位置するよ
うに設けられている。図３は支持体Ｂが直接動揺体Ａに
取付けられた例である。第１の上部結合体Ｐ１　及び第
２の上部結合体Ｐ２　の各中心からは回転自在に一定長
の吊架体Ｃ，Ｄが互いに平行になるようにして吊架され
ている。 吊架体Ｃ，Ｄの下端には第１の結合体Ｑ及び第２の結合
体Ｒがそれぞれ第１の上部結合体Ｐ１　及び第２の上部
結合体Ｐ２　と互いに同一方向に回転するように、即ち
正結合するように設けられている。

【００２３】点Ｅ０　（×点）は第１の結合体の中心Ｑ
０　と第２の結合体の中心Ｒ０　を結ぶ直線の中点であ
る。Ｑ１　及びＲ１　は中点Ｅ０　に対して対称に第１
の結合体及び第２の結合体上に中心Ｑ０　，Ｒ０　より
偏心した点Ｑ１　（×印）及びＲ１　（×印）にそれぞ
れ取り付けられた回転連接器である。回転連接器Ｑ１　
及びＲ１　は接続構造体Ｅによって互いに接続されてお
り、その中点Ｅ０　には重錘Ｗが取り付けてある。

【００２４】中点Ｅ０　の位置には円形状の接触子Ｆが
取り付けてあり、これに中心Ｐ０　に回転自在に吊架さ
れた摺動体Ｇが挟接するようにしてある。摺動体Ｇには
指針Ｈが取り付けてあり、目盛りＩによって傾斜角を読
みとれるようになっている。Ｗ′，Ｗ″は横加速度が加
わった場合の結合体Ｑ，Ｒの重量による影響を打ち消す
ための補償用重錘である。

【００２５】正結合体を利用する本願第二の発明による
装置の動作は前記の逆結合を利用する場合の動作と同様
であって、中点Ｐ０　と中点Ｅ０　とを結ぶ方向は動揺
体の傾斜にも横加速度にも影響されることなく基準線の
方向、即ち鉛直線の方向を示すようになっている。図３
（ａ），図３（ｂ）の実施例では各結合体の中心を頂点
とする四辺形は平行四辺形である。また点Ｑ０　，Ｑ１
　，Ｅ０　，Ｒ１　，Ｒ０　は任意の傾斜角θに対して
常に一直線上にある。従って、傾斜角の範囲が限定され
る場合には、その製作は比較的容易である。正結合を利
用する本発明の装置は図２の場合と同様に第１の結合体
Ｑおよび第２の結合体Ｒのそれぞれの中心Ｑ０　及びＲ
０　を合致せしめるように構成することもまた可能であ
る。

【００２６】以上述べた２次元の動揺に対する装置はま
たこれを組合せることにより３次元の動揺に対する装置
を実現することができる。例えば、ある負荷を点Ｏ中心
として平衡保持するジンバル装置に対してまず前記の２
次元装置を点Ｏを含む互いに直交する鉛直面内にありか
つ点Ｏを通る水平線上に２次元装置の中心又は中点Ｐ０
　があり、かつ上部結合体の円形断面が前記鉛直面に直
角になるように設ける。次いでそれぞれの２次元装置の
摺動体又はその延長した中心線上に設けた剛体に取り付
けた回転結合器と前記ジンバルの中心から垂下した垂下
体に設けた回転結合器を互いに水平に連結する。かくす
ることにより、前記の垂下体はそれぞれ前記の直交する
鉛直面内において鉛直になるように制御され、前記ジン
バルによって平衡保持する装置の姿勢は３次元の動揺に
も横加速度にも関係なく鉛直に保持される。即ち、完全
な受動方式による３次元の動揺に対する重力方向保持装
置が実現できるのである。

【００２７】以上は専ら受動装置としての作用について
述べたが、上部結合器Ｐの中心Ｐ０　又は第１の上部結
合体Ｐ１　と第２の上部結合体Ｐ２　との中点Ｐ０　を
中心として動揺体に電磁的結合線輪を配置し、指針Ｈを
それと結合する回転線輪に接続すれば、傾斜角情報を電
気的出力としてとり出すことができる。この電気的出力
によって物体の支持体の姿勢を制御すれば、能動制御に
よる姿勢安定化装置を実現することができるのである。

【００２８】

【発明の効果】以上に詳述した如く、本発明は横加速度
にも擾乱外力にも影響されない特長があるので、まずそ
のような状態の下で使用する傾斜角度計として利用され
る。また動揺や衝撃う伴う動揺体上においてあるいは船
舶や移動車などの高所において使用される姿勢安定化の
ための装置として特に利用性が高い。更に構造が簡単で
あることから動揺を伴う装置の姿勢検出，制御用装置と
して利用することができる。

【００２９】以上を要約すれば、本発明は動揺体の傾斜
にも横加速度にもあるいは擾乱外力にも影響されない受
動方式による重力方向保持装置を提供するものである。 即ち、本発明は構造簡単，動作確実にして経済性もある
。従って、移動体通信用アンテナ装置，船舶用装置，航
空機用装置，産業用装置などに広く利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】逆結合を利用する本願第一の発明による２次元
装置の説明のための構成図である。

【図２（ａ）】逆結合を利用する本願第一の発明の実用
的構成例の正面図である。

【図２（ｂ）】逆結合を利用する本願第一の発明の実用
的構成例の側面図である。

【図３（ａ）】正結合を利用する本願第二の発明による
２次元装置の傾斜のない状態を示す構成図である。

【図３（ｂ）】正結合を利用する本願第二の発明による
２次元装置の傾斜のある状態を示す構成図である。

【符号の説明】

Ａ　　動揺体 Ｂ　　支持体 Ｃ　　第１の吊架体 Ｄ　　第２の吊架体 Ｅ　　接続構造体 Ｅ０　　　Ｅの中心 Ｆ　　摺動子 Ｇ　　摺動体 Ｈ　　指針 Ｉ　　角度目盛 Ｐ　　上部結合体 Ｐ１　　　第１の上部結合体 Ｐ２　　　第２の上部結合体 Ｐ０　　　上部結合体の中心 Ｑ　　第１の結合体 Ｑ０　　　第１の結合体の中心 Ｑ１　　　回転連接器及びその中心 Ｒ　　第２の結合体 Ｒ０　　　第２の結合体の中心 Ｒ１　　　回転連接器及びその中心 Ｔ　　回転支持器 Ｗ，Ｗ１　，Ｗ２　　　平衡重錘 Ｗ′，Ｗ″　　補償重錘 ＸＸ′　　水平軸 ＹＹ′　　ＸＸ′に直角な水平軸 ＺＺ′　　鉛直軸 β　　直線Ｑ１　Ｑ０　及び直線Ｒ１　Ｒ０　が鉛直線
となす角θ　　傾斜角

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　動揺体に直接取り付けられるかあるい
   は回転支持器によって保持された円形断面を有する上部
   結合体と、該上部結合体の中心において回転自在に一端
   が吊架された一定長の第１の吊架体と、該第１の吊架体
   の他端側に回転自在に支持されかつ前記上部結合体と逆
   方向に回転するように逆結合する第１の結合体と、前記
   上部結合体の中心において回転自在に一端が吊架された
   一定長の第２の吊架体と、該第２の吊架体の他端側に回
   転自在に支持されかつ前記上部結合体と逆方向に回転す
   るように逆結合する第２の結合体と、前記第１の結合体
   と前記第２の結合体のそれぞれの中心を結ぶ直線の中点
   に対して互いに対称にかつ該第１の結合体と該第２の結
   合体にそれぞれの中心から偏心して設けられた二つの回
   転軸を有する接続構造体と、前記第１の結合体及び第２
   の結合体に平衡力を与える如く前記接続構造体あるいは
   該第１の結合体と該第２の該結合体にそれぞれ取り付け
   られた重錘とを備え、前記上部結合体の中心と前記接続
   構造体の中点とを結ぶ方向が重力方向に保持されるよう
   に構成された平衡重錘を備えた結合体を用いる重力方向
   保持装置。
2. 【請求項２】　　動揺体に直接取付けられるかあるいは
   回転支持器によって保持された支持体の中点に対して互
   いに対称な位置にそれぞれ中心を置く円形断面を有する
   第１の上部結合体及び第２の上部結合体と、該第１の上
   部結合体及び第２の上部結合体の中心においてそれぞれ
   回転自在に一端が吊架された一定長の第１の吊架体及び
   第２の吊架体と、該第１の吊架体と第２の吊架体の各他
   端側に回転自在に支持されかつ前記第１の上部結合体及
   び第２の上部結合体とそれぞれ同一方向に回転するよう
   に正結合された第１の結合体及び第２の結合体と、前記
   第１の結合体及び第２の結合体にそれぞれの中心から偏
   心して設けられた２つの回転軸を有する接続構造体と、
   前記第１の結合体及び第２の結合体に平衡力を与える如
   く前記接続構造体あるいは該第１の結合体と該第２の結
   合体にそれぞれ取付けられた重錘とを備え、前記支持体
   の中点と前記接続構造体の中点とを結ぶ方向が重力方向
   に保持されるように構成された平衡重錘を備えた結合体
   を用いる重力方向保持装置。